DE212019000359U1

DE212019000359U1 - Optische Vorrichtung

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Publication number: DE212019000359U1
Application number: DE212019000359.1U
Authority: DE
Original assignee: Lumileds Holding BV
Current assignee: Lumileds Holding BV
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: WO2020038774A1; CN215863191U; US10724699B2; US20200063935A1

Abstract

Optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) für Kraftfahrzeugbeleuchtung, umfassend:
eine Vielzahl von Lichtquellen (11);
eine Vielzahl von Primäroptiken (12), in einer Matrix angeordnet und dazu ausgelegt, Licht von der Vielzahl von Lichtquellen (11) zu empfangen und umzuleiten; und
eine Sekundäroptik (13), dazu ausgelegt, das umgeleitete Licht von der Vielzahl von Primäroptiken (12) zu empfangen und das empfangene Licht nach außen in ein gewünschtes Strahlmuster zu projizieren,
wobei jede Primäroptik (12) als ein Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) mit einer Lichteintrittsfläche (221, 321) und einer Lichtaustrittsfläche (222, 322, 622a, 622b, 722) an zwei gegenüberliegenden Enden davon geformt ist, wobei der Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) dazu ausgelegt ist, an der Lichteintrittsfläche (221, 321) einfallendes Licht durch totale interne Reflexion in einer Lichtleitrichtung des Lichtleiters (22, 32, 42, 62a, 62b) zu der Lichtaustrittsfläche (222, 322, 622a, 622b, 722) zu leiten, wo Licht zu der Sekundäroptik (13) hin gebrochen wird, und
wobei jeder Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) ferner eine Vielzahl von Seitenflächen (223, 323, 224, 324) umfasst, die sich zwischen der Lichteintrittsfläche (221, 321) und der Lichtaustrittsfläche (222, 322, 622a, 622b, 722) erstrecken,
wobei für mindestens einen Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) mindestens eine Seitenfläche eine gekrümmte Fläche (224, 324) aufweist, deren Krümmungen an unterschiedlichen Positionen so ausgestaltet sind, dass eine erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung durch die Sekundäroptik entlang einer gewünschten Richtung nach außen projiziert wird, und
wobei die gekrümmte Fläche (324) eine Vielzahl von Facetten (3240) umfasst, von denen jede durch Überstreichen einer jeweiligen Linie entlang einer Richtung senkrecht zu der gewünschten Richtung und senkrecht zu der Lichtleitrichtung des mindestens einen Lichtleiters (32) ausgebildet wird, wobei die jeweiligen Linien der Facetten (3240) der Vielzahl von Facetten (3240) eine Polygonlinie ausbilden,
wobei jede Linie ihre beiden Enden um einen gleichen Abstand (d) entlang einer optischen Achse (x) des mindestens einen Lichtleiters (32) beabstandet aufweist, und
wobei jede Linie mit einer unterschiedlichen Neigung versehen ist, sodass Lichtintensitäten, die durch die Vielzahl von Facetten (3240) auf die Lichtaustrittsfläche (322) des mindestens einen Lichtleiters (32) projiziert sind, eine zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung entlang der gewünschten Richtung aufweisen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung für Kraftfahrzeugbeleuchtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Auf dem Gebiet der optischen Beleuchtung, wie der Kraftfahrzeugbeleuchtung, werden häufig Anforderungen an das Strahlmuster in einer gewünschten Ebene oder die Lichtintensitätsverteilung entlang einer gewünschten Richtung gestellt. In diesem Fall sind Anstrengungen zu unternehmen, um eine geeignete Gestaltung für Komponenten in der optischen Vorrichtung zu wählen. Beispielsweise wird bei einer Kraftfahrzeug-Frontleuchte üblicherweise gefordert, dass das Fernlicht seine größte Intensität in einer horizontalen Position aufweist und sowohl oberhalb als auch unterhalb des Horizonts allmählich an Intensität abnimmt, sodass nicht nur ein sanfter Übergang zum Abblendlicht erreicht wird, sondern auch Reflexionen von beispielsweise Schildern reduziert werden. Ferner bestehen unter Berücksichtigung von Effizienz und Kosten auch Anforderungen an Konstruktionen und/oder Konfigurationen von Komponenten in der optischen Vorrichtung.
DE102009053581B3 offenbart ein LED-Matrixlicht für Kraftfahrzeug-Frontbeleuchtung unter Verwendung einer Primäroptik, die die Homogenität der Lichtintensitätsverteilung sowie Farbgleichmäßigkeit verbessert. Neben anderen Maßnahmen schlägt dieses Dokument eine Matrix von trichterförmigen Lichtleitern für die Primäroptik vor, d. h., Lichtleiter mit gekrümmten unteren und oberen Seitenflächen, die sich zu ihrer Lichtaustrittsseite hin öffnen. WO2017015684A1 offenbart ein ähnliches Basissystem, entwickelt sich aber auf einer verfeinerten Rillenstrukturierung der gekrümmten Seitenflächen weiter.
Dennoch ist es wünschenswert, eine optische Vorrichtung für die Kraftfahrzeugbeleuchtung bereitzustellen, die dazu beiträgt, ein gewünschtes Strahlmuster oder eine Lichtintensitätsverteilung entsprechend den tatsächlichen Anforderungen bereitzustellen, während gleichzeitig ein hoher Wirkungsgrad oder eine hohe Lichtnutzung erzielt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Vorrichtung bereit, um einen oder mehrere der vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen oder zumindest abzuschwächen. Erfindungsgemäß wird eine optische Vorrichtung zur Kraftfahrzeugbeleuchtung vorgeschlagen. Die optische Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von Lichtquellen, eine Vielzahl von Primäroptiken und eine Sekundäroptik. Die Primäroptiken sind in einer Matrix angeordnet und dazu ausgelegt, Licht von den Lichtquellen zu empfangen und umzuleiten. Die Sekundäroptik dient dazu, das umgeleitete Licht von den Primäroptiken zu empfangen und das empfangene Licht nach außen in ein gewünschtes Strahlmuster zu projizieren. Ferner ist jede der Primäroptiken als ein Lichtleiter geformt, der an zwei gegenüberliegenden Enden eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche sowie eine Vielzahl sich zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche erstreckender Seitenflächen umfasst. Außerdem ist der Lichtleiter auch dazu ausgelegt, auf der Lichteintrittsfläche einfallendes Licht durch interne Totalreflexion in einer Lichtleitrichtung des Lichtleiters zu der Lichtaustrittsfläche zu leiten, wo Licht zur Sekundäroptik hin gebrochen wird. Für mindestens einen Lichtleiter ist mindestens eine Seitenfläche als eine gekrümmte Fläche ausgelegt, deren Krümmungen an unterschiedlichen Positionen derart ausgebildet sind, dass eine erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung durch die Sekundäroptik entlang einer gewünschten Richtung nach außen projiziert wird.
Wie zu sehen ist, werden bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen optischen Vorrichtung als Primäroptik Lichtleiter verwendet, sodass die Lichtübertragung durch interne Totalreflexion innerhalb der Lichtleiter gewährleistet ist. Auf diese Weise kann die Lichtverteilung auf der Lichtaustrittsfläche der Primäroptik, d.h., des Lichtleiters, homogener sein, wenn häufiger interne Totalreflexion auftritt. Ferner haben die Erfinder auch festgestellt, dass durch Bereitstellen mindestens einer gekrümmten Seitenfläche für mindestens einen der Lichtleiter und durch besondere Wahl von Krümmungen der gekrümmten Seitenfläche an verschiedenen Positionen eine erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung durch die Sekundäroptik entlang einer gewünschten Richtung, beispielsweise entlang einer vertikalen Richtung, nach außen projiziert werden kann. Dies ist sehr hilfreich, wenn eine bestimmte Lichtintensitätsverteilung entlang einer vorgeschriebenen Richtung erforderlich ist, da festgestellt wurde, dass Krümmungen der gekrümmten Seitenfläche an unterschiedlichen Positionen des Lichtleiters den endgültigen Strahlverlauf und damit die von der Sekundäroptik nach außen projizierte Lichtintensitätsverteilung stark beeinflussen. Dies bedeutet, dass sich, wenn Krümmungen der gekrümmten Seitenfläche an verschiedenen Positionen geändert werden, Lichtintensitäten an verschiedenen Stellen entlang einer gewünschten Richtung entsprechend ändern, was es erleichtert, eine gewünschte Gradientenverteilung von Lichtintensität entlang der gewünschten Richtung zu erhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in der vorstehend vorgeschlagenen optischen Vorrichtung die gekrümmte Fläche insbesondere eine Vielzahl von Facetten, von denen jede durch Überstreichen einer jeweiligen Linie entlang einer Richtung senkrecht zu der gewünschten Richtung ausgebildet wird, wenn eine gewünschte Lichtintensitätsverteilung entlang der gewünschten Richtung erforderlich ist. Ferner ist in der Ausführungsform jede Linie mit ihren zwei Enden um einen gleichen Abstand entlang einer optischen Achse des Lichtleiters beabstandet und ist mit einer Neigung versehen, sodass Lichtintensitäten, die durch die Vielzahl von Facetten auf die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters projiziert werden, eine zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung entlang der gewünschten Richtung aufweisen.
Um die gekrümmte Seitenfläche des Lichtleiters an verschiedenen Positionen mit geeigneten Krümmungen zu versehen, sodass eine zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung auf der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters erreicht wird, haben die Erfinder vorgeschlagen, Verfahren wie folgt zu nutzen, wobei die gewünschte Richtung beispielsweise als eine vertikale Richtung gewählt wird. Erstens sind eine Vielzahl von Linien mit jeweils zwei entlang der optischen Achse des Lichtleiters äquidistant beabstandeten Enden, die eine unterschiedliche Steigung aufweisen, in einer vertikalen Ebene an ihren Enden miteinander verbunden, sodass in derselben vertikalen Ebene eine Polygonlinie ausgebildet wird. Danach kann die Polygonlinie entlang einer horizontalen Richtung überstrichen werden, um eine gekrümmte Fläche zu erhalten, die aus einer Vielzahl von Facetten besteht, wobei jede Facette durch das Überstreichen einer jeweiligen Linie entlang der horizontalen Richtung ausgebildet wird. Dann trifft eine bestimmte Lichtintensitätsverteilung auf die Vielzahl von Facetten auf, und Lichtintensitäten an verschiedenen Stellen der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters, beispielsweise entlang der vertikalen Richtung, werden gleichzeitig überwacht. Im letzten Schritt werden Gefälle der Vielzahl von Linien verändert, und Lichtintensitäten an verschiedenen Stellen der Lichtaustrittsfläche werden entsprechend gemessen, bis die von der Vielzahl von Facetten auf die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters projizierte Lichtintensitätsverteilung zumindest entlang der gewünschten, hier vertikalen Richtung die gewünschte Form erreicht.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird dann in der vorstehend vorgeschlagenen optischen Vorrichtung die zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung, projiziert von der Vielzahl von Facetten auf die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters und nach dem Austritt aus dieser von der Sekundäroptik zum zweiten Mal projiziert, wie die vorstehend erwähnte erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung. In einem optionalen Fall umfasst die Sekundäroptik beispielsweise eine Projektionslinse, die dazu beiträgt, den Eingangslichtstrahl entsprechend der aus der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters austretenden zweiten gewünschten Gradientenlichtintensitätsverteilung als erste gewünschte Lichtintensitätsverteilung entlang der gewünschten, beispielsweise vertikalen Richtung, nach außen zu projizieren.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind bei der optischen Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, optische Achsen der Lichtleiter, insbesondere derjenigen, die von der optischen Achse der Sekundäroptik entfernt sind, auf ein optisches Zentrum der Sekundäroptik ausgerichtet, um mehr Licht, das von den Lichtleitern kommt, in die Sekundäroptik eintreten zu lassen. Wie leicht zu verstehen ist, besteht eine hohe Möglichkeit, dass nur ein kleiner Teil des Primärlichts, das aus einem Lichtleiter außerhalb der Achse (d. h., einem Lichtleiter weit weg von der optischen Achse der Vorrichtung, z. B. der Sekundäroptik) austritt, auf die Sekundäroptik auftrifft, wenn es in der gleichen Weise ausgerichtet bleibt wie der Lichtleiter auf der Achse (d.h., ein Lichtleiter, der sich auf der optischen Achse der Vorrichtung, z. B. der Sekundäroptik, befindet). Angesichts des Vorstehenden schlagen die Erfinder vor, aufgrund unterschiedlicher Positionen der Lichtleiter in Bezug auf die optische Achse der Sekundäroptik unterschiedliche Ausrichtungen einzuführen, sodass alle optischen Achsen der Lichtleiter in Richtung des optischen Zentrums der Sekundäroptik weisen. Dadurch wird maximal sichergestellt, dass das gesamte Primärlicht auf die Sekundäroptik fällt, was zu einer verbesserten Lichtausnutzung beiträgt.
Ferner optional, in einigen Ausführungsformen der von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen optischen Vorrichtung, bilden die Lichtaustrittsflächen der Lichtleiter eine durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche, um einerseits von den Lichtleitern ausgebrochenem Licht zu ermöglichen, in die Sekundäroptik einzutreten, und andererseits die Feldkrümmung der Sekundäroptik zu kompensieren. Vorzugsweise weist die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche eine Sattelfläche auf, die in einer zur gewünschten Richtung senkrechten ersten Ebene von der Sekundäroptik weg konvex und in einer zur gewünschten Richtung parallelen zweiten Ebene zur Sekundäroptik hin konvex ausgebildet ist. Außerdem wird der Grad von Konvexität in der ersten Ebene vorzugsweise schwächer gewählt als der Grad von Konvexität in der zweiten Ebene.
Wie vorstehend erwähnt, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch die Lichtaustrittsflächen der Lichtleiter eine durchgehende sattelförmige Lichtaustrittsfläche ausgebildet, die insbesondere mit entgegengesetzten Konvexitäten in zwei Ebenen ausgebildet ist, wobei eine Ebene senkrecht zur gewünschten Richtung und die andere Ebene parallel zur gewünschten Richtung ist. Dies hilft, zumindest in den beiden folgenden Aspekten Vorteile zu nutzen. Gemäß dem ersten Aspekt wird dann, wenn beispielsweise die vertikale Richtung als die gewünschte Richtung verwendet wird und ein Schnitt in der horizontalen Ebene (d.h., einer Ebene senkrecht zur vertikalen Richtung) von der sattelförmigen Lichtaustrittsfläche genommen wird, eine erste Kurve gefunden, die von der Sekundäroptik weg konvex ist, sodass die außerhalb der Achse liegenden Lichtleiter näher an der Sekundäroptik entlang ihrer optischen Achse angeordnet sind, wodurch die Feldkrümmung der Sekundäroptik zumindest kompensiert wird. Im zweiten Aspekt wird, wenn von der sattelförmigen Lichtaustrittsfläche ein Schnitt in der vertikalen Ebene (d.h., einer Ebene parallel zur gewünschten, hier vertikalen Richtung) genommen wird, eine zweite Krümmung gefunden, die zur Sekundäroptik entgegengesetzt konvex ist, sodass Licht, das die sattelförmige Lichtaustrittsfläche anregt, möglichst weit aus den Lichtleitern zur optischen Mitte der Sekundäroptik hin gebrochen wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das aus den Lichtleitern austretende Licht wieder maximal auf die Sekundäroptik einfällt.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist bei der vorstehend vorgeschlagenen optischen Vorrichtung eine Form der Lichtaustrittsfläche für mindestens einen Lichtleiter in Abhängigkeit von einer Position der Lichtaustrittsfläche bezüglich der optischen Achse der Sekundäroptik ausgestaltet. Die Formgebung für die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters ergibt sich im Wesentlichen aus den folgenden Überlegungen. Erstens, wenn sich ein Eingangsstrahlmuster an einer Position außerhalb der Achse im Objektraum der Sekundäroptik befindet, kommt es nach der Projektion durch die Sekundäroptik in den Bildraum zu einer größeren optischen Verzerrung, verglichen mit einer Position auf der Achse im Objektraum. Folglich wird in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, eine Formgebung für die Lichtaustrittsfläche des mindestens einen Lichtleiters, insbesondere von solchen, die sich an Positionen außerhalb der Achse befinden, so einzuführen, dass die vorstehend erwähnte optische Verzerrung beseitigt oder zumindest abgeschwächt wird. Ferner ermöglicht die Formgebung für die Lichtaustrittsfläche eines Lichtleiters auch, dass der ihr zugeordnete Teil des Lichtstrahls nach der Projektion durch die Sekundäroptik eine gerade Kante zum Projektionsteil eines benachbarten Lichtleiters hin aufweist und/oder eine gerade oder gekrümmte Kante aufweist, die einen Teil einer Begrenzung des gesamten gewünschten Strahlmusters ausbildet.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die Lichtaustrittsfläche in der vorstehend beschriebenen optischen Vorrichtung eines an einer äußeren Position von der optischen Achse der Sekundäroptik befindlichen Lichtleiters mindestens eine Seitenkante auf, die insbesondere zur optischen Achse der Sekundäroptik hin neigbar ausgebildet ist, optional sogar begleitet von einem größeren Grad geneigter Schräge mit zunehmendem Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche und der optischen Achse der Sekundäroptik. Auf diese Weise werden Kompensationen der durch Projektion durch die Sekundäroptik entstehenden optischen Verzerrung erzielt, sodass Kanten zwischen Projektionsabschnitten benachbarter Lichtaustrittsflächen gerade sind und damit die Lichtintensität dazwischen allmählich verändert werden kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist bei der vorstehend beschriebenen optischen Vorrichtung ein Abstand zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen mindestens zweier Lichtleiter in Abhängigkeit von einer Position der Lichtaustrittsflächen bezüglich der optischen Achse der Sekundäroptik ausgestaltet. Dies trägt dazu bei, die von der Sekundäroptik eingebrachte optische Aberration zu kompensieren und durch die Sekundäroptik eine homogene Lichtintensitätsverteilung zwischen Projektionsabschnitten benachbarter Lichtaustrittsflächen nach außen zu projizieren. Ferner nimmt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Abstand zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen mit einem Abstand von den Lichtaustrittsflächen zur optischen Achse der Sekundäroptik zu, sodass Kompensationen bei von der Sekundäroptik eingebrachter optischer Aberration ermöglicht werden. Als ein konkretes Beispiel liegt der Abstand zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,2 mm.
Wie vorstehend beispielhaft dargestellt, ist in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung die gewünschte Richtung eine vertikale Richtung, und die gekrümmte Fläche umfasst mindestens eine aus einer oberen Seitenfläche und einer unteren Seitenfläche des Lichtleiters. In diesem Fall ist die erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung entlang der vertikalen Richtung vorgesehen, was der optischen Vorrichtung gestattet, zum Bereitstellen eines Scheinwerferstrahls eines Fahrzeugs verwendet zu werden. In einem beispielhaften Fall ist die erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung, wie sie von der Sekundäroptik entlang der vertikalen Richtung nach außen projiziert wird, auf einen Winkel von unter 5 Grad über dem Horizont vor dem Fahrzeug begrenzt und ferner optional auf einen Winkel von über 3 Grad unter dem Horizont vor dem Fahrzeug begrenzt, wodurch die Verwendung der optischen Vorrichtung zum Bereitstellen eines hervorragenden Fernlichts des Fahrzeugs erleichtert wird.
Es versteht sich für den Fachmann, dass zwei oder mehr der vorstehend offenbarten Ausführungsformen, Implementierungen und/oder Aspekte der vorliegenden Erfindung in einer jeglichen als nützlich erachteten Weise kombiniert werden können. Verschiedene Modifikationen und Variationen der optischen Vorrichtung können von einem Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
Figurenliste
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die Ausführungsformen zeigen und einen Teil der vorliegenden Erfindung ausbilden, näher beschrieben. Konkret veranschaulicht in den Zeichnungen:

1 in einer perspektivischen Ansicht schematisch eine optische Vorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 in einer Schnittansicht schematisch die in 1 gezeigte optische Vorrichtung;
3 in einer Schnittansicht schematisch eine optische Vorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 in einer Draufsicht schematisch eine optische Vorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 in einer perspektivischen Ansicht schematisch eine kontinuierliche gekrümmte Lichtaustrittsfläche, wie ausgebildet für die Anordnung von Lichtleitern in der optischen Vorrichtung von 4, wobei als Referenz auch die Sekundäroptik, hier eine Projektionslinse, aufgenommen ist;
6a in einer Teilschnittansicht schematisch die in 4 gezeigte optische Vorrichtung;
6b in einer Teilschnittansicht schematisch eine weitere optische Vorrichtung zum Vergleich mit 6a;
7 in einer Vorderansicht schematisch Lichtaustrittsflächen von Lichtleitern in einer optischen Vorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 in einer Vorderansicht schematisch ein Lichtmuster, wie projiziert von der Sekundäroptik, nachdem das Primärlicht aus den in 7 gezeigten Lichtaustrittsflächen austritt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Während die vorliegende Erfindung für Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen empfänglich ist, sind in den Zeichnungen ein oder mehrere spezifische Ausführungsformen gezeigt und werden hierin ausführlich beschrieben, wobei es sich versteht, dass die vorliegende Beschreibung nur als beispielhaft für das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung zu erachten ist und die vorliegende Erfindung nicht auf die hier gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränken soll.
Es ist zu beachten, dass verschiedene Komponenten in verschiedenen Figuren nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Außerdem dienen in den Figuren gezeigte relative Positionen zwischen einzelnen Elementen lediglich der Veranschaulichung des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung und sollten nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung erachtet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine optische Vorrichtung 10 vorgeschlagen, die eine Vielzahl von Lichtquellen 11, eine Vielzahl von Primäroptiken 12 und eine Sekundäroptik 13 umfasst, wie in der perspektivischen Ansicht von 1 nacheinander von links nach rechts gezeigt. Als ein Beispiel sind die Vielzahl von Lichtquellen 11 und die Vielzahl von Primäroptiken 12 beide schematisch in einer Reihenanordnung gezeigt, beispielsweise senkrecht zur optischen Achse x der Sekundäroptik 13. Dies ist jedoch niemals als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung anzusehen. Gemäß praktischen Anwendungen kann jede Matrix, einschließlich einer einzelnen Reihe und Konfiguration, sowie jede andere geeignete Anordnung auch für die Vielzahl von Lichtquellen 11 und/oder Primäroptiken 12 verwendet werden, und alle diese Variationen oder Modifikationen fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
Ferner fällt, wie in 1 zu sehen, von den Lichtquellen 11 kommendes Licht zuerst auf die linken Eingangsflächen der Primäroptik 12 ein und wird dann an den rechten Ausgangsflächen von dort herausgebrochen, wodurch es in die Sekundäroptik 13 gelangt, die dazu beiträgt, sie als beispielsweise ein gewünschtes Strahlmuster nach außen zu projizieren.
Nachfolgend weiter zu 2, wo die optische Vorrichtung 10, wie in 1 gezeigt, erneut in einer Schnittansicht dargestellt ist. Wie leicht zu verstehen ist, sind in der Schnittansicht von 2, die sich von der perspektivischen Ansicht in 1 unterscheidet, nur eine Lichtquelle 11 und eine Primäroptik enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 2 gezeigt, werden Lichtleiter 22 als die Primäroptik verwendet, wobei jeder Lichtleiter 22 eine linke Lichteintrittsfläche 221, insbesondere eine konkave Fläche, und eine rechte Lichtaustrittsfläche 222 sowie mehrere Seitenflächen 223, 224 umfasst, die sich zwischen der Lichteintrittsfläche 221 und der Lichtaustrittsfläche 222 erstrecken. In diesem Fall kann sich das auf die Lichteintrittsfläche 221 jedes Lichtleiters 22 einfallende Licht durch interne Totalreflexion in der Lichtleitungsrichtung des Lichtleiters 22 von links nach rechts in Richtung der Lichtaustrittsfläche 222 ausbreiten, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung von Lichtintensitäten auf der Lichtaustrittsfläche 222 erleichtert wird, wenn mehr interne Totalreflexionen auftreten. Darüber hinaus wird eine Projektionslinse 23 beispielsweise als die Sekundäroptik in der optischen Vorrichtung 20 von 2 verwendet, die offensichtlich nur zur Veranschaulichung, aber nicht zur Einschränkung vorgesehen ist. Ferner sind aufgrund einer Schnittansicht nur zwei Seitenflächen, d. h., die eine obere 223 und die eine untere 224, in 2 für den Lichtleiter 22 gezeigt. Selbstverständlich wird ein Fachmann leicht verstehen, dass es zwei weitere Seitenflächen, d. h., in Bezug auf die Betrachtungsrichtung der Figur, eine vordere Seitenfläche und eine hintere Seitenfläche geben kann, die in der Schnittansicht der optischen Vorrichtung 20 in 2 nicht gezeigt sind. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 ist die untere Seitenfläche 224 des Lichtleiters 22 in der optischen Vorrichtung 20 als gekrümmte Seitenfläche ausgestaltet. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch Ändern von Krümmungen für die gekrümmte untere Seitenfläche 224 an verschiedenen Positionen, wie etwa an Positionen Q1, Q2, Q3 und Q4, Lichtintensitäten an verschiedenen Positionen und Richtungen, wie etwa an Positionen H1, H2, H3 und H4 an der Lichtaustrittsfläche 222 des Lichtleiters 22, und Richtungen θ1, θ2, θ3 und θ4 entsprechend eingestellt werden können. Dies bedeutet, dass bei Wahl geeigneter Krümmungen für die gekrümmte untere Seitenfläche 224 an unterschiedlichen Positionen eine gewünschte und vorzugsweise geneigte Lichtintensitätsverteilung auf der Lichtaustrittsfläche 222 des Lichtleiters 22 ausgebildet werden kann. Nach einer weiteren Projektion durch die Projektionslinse 23 wird die von der Lichtaustrittsfläche 222 des Lichtleiters 22 kommende gewünschte Lichtintensitätsverteilung zu einer endgültigen Lichtintensitätsverteilung, wie sie bei tatsächlichen Anwendungen gewünscht und erforderlich ist.
3 veranschaulicht in einer Schnittansicht schematisch eine optische Vorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optische Vorrichtung 30, wie sie in 3 gezeigt ist, ähnelt der optischen Vorrichtung 20, wie sie in 2 gezeigt ist, und somit werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Komponenten zu bezeichnen. Konkret umfasst die optische Vorrichtung 30 in 3 auch eine Lichtquelle 11, einen Lichtleiter 32 und eine sekundäre Projektionslinse 23, wobei der Lichtleiter 32 eine linke Lichteintrittsfläche 321, eine rechte Lichtaustrittsfläche 322, eine obere Seitenfläche 323 und eine untere Seitenfläche 324 umfasst. Die untere Seitenfläche 324 des Lichtleiters 32 ist ferner dazu ausgelegt, aus einer Vielzahl von Facetten 3240 zu bestehen, wobei jede Facette 3240 durch Einsickern einer jeweiligen Linie, beispielsweise der Linie Q1'-Q2', Q2'-Q3', Q3'-Q4', Q4'-Q5', Q5'-Q6' oder Q6'-Q7', entlang einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Figur ausgebildet wird. Ferner ist jede Linie Ende an Ende mit ihren Nachbarn verbunden und weist eine unterschiedliche Neigung auf, sodass in der vertikalen Ebene eine Polygonlinie, zum Beispiel Q1'-Q7', ausgebildet wird, wie in 3 gezeigt.
Außerdem hat jede Linie auch ihre zwei Enden, die um einen gleichen Abstand voneinander beabstandet sind, wie etwa einen Abstand d, der in 3 gezeigt ist, entlang der optischen Achse x des Lichtleiters 32 und der Projektionslinse 23, d.h., entlang einer horizontalen Richtung in 3.
Nachfolgend wird das Prinzip zum Feststellen der Neigung jeder Linie, das zur Ausbildung von Facetten 3240 und auch einer gekrümmten Seitenfläche 324 in 3 verwendet wird, sodass eine zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung insbesondere entlang der vertikalen Richtung auf die Lichtaustrittsfläche 322 des Lichtleiters 32 projiziert wird, unter detaillierter Bezugnahme auf die optische Vorrichtung 30, wie in 3 gezeigt, erläutert.
In Fortsetzung der vorstehend genannten Linien, zum Beispiel Q1'-Q2', Q2'-Q3', Q3'-Q4', Q4'-Q5', Q5'-Q6' und Q6'-Q7' in 3, ist jede zunächst mit einer anfänglichen Neigung versehen, die dazu beiträgt, eine anfänglich gekrümmte Seitenfläche 324 zu erhalten, die aus mehreren Facetten 3240 besteht, wobei jede Facette 3240 durch Überstreichen einer jeweiligen Linie entlang einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der Figur ausgebildet wird. Danach kann ein Eingangslichtstrahl, der eine vorbestimmte Lichtintensitätsverteilung aufweist, von oben nach unten auf die anfänglich gekrümmte Seitenfläche 324 einfallen und an dieser reflektiert werden, wodurch er danach zur rechten Lichtaustrittsfläche 322 geht. Die Erfinder haben vorgeschlagen, die Lichtintensitäten an verschiedenen Stellen der Lichtaustrittsfläche 322 zu überwachen, insbesondere an verschiedenen Stellen wie H1', H2', H3', H4' und H5' entlang der vertikalen Richtung, wenn die Neigung jeder Linie beispielsweise graduell geändert wird. Insbesondere kann das von jeder durch das Überstreichen einer jeweiligen Linie ausgebildeten Facette 3240 reflektierte Licht beschränkt werden, sodass es nur auf einen entsprechenden Abschnitt der Lichtaustrittsfläche 322, insbesondere einen sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckenden Streifen, wie beispielsweise einen Streifen zwischen den Stellen H1' und H2', H2' und H3', H3' und H4' sowie H4' und H5', fällt. Alle diese Streifen bilden zusammen die primäre Lichtintensitätsverteilung, wie sie von der unteren, gekrümmten Seitenfläche 324 auf die Lichtaustrittsfläche 322 des Lichtleiters 32 reflektiert wird. Nach qualitativer Analyse wird, wenn eine steile Facette 3240 mit einem kleineren Winkel relativ zur vertikalen Richtung ausgerichtet ist, das darauf einfallende Licht stärker nach unten reflektiert und dessen Verteilung ebenfalls erweitert. Die Erfinder schlagen vor, einen solchen Einfluss auszunutzen, der durch die Neigung einer reflektierenden Facette auf die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts auferlegt wird. Dies bedeutet, dass die Hauptaufgabe darin besteht, eine richtige Neigung für jede Linie zu ermitteln, wodurch eine jeweilige Facette 3240 der gekrümmten Seitenfläche 324 ausgebildet wird, sodass die reflektierten Lichtintensitäten an der Lichtaustrittsfläche 322 eine gewünschte Gradientenverteilung, beispielsweise entlang der vertikalen Richtung, aufweisen.
Von der vorstehenden Offenbarung der vorliegenden Erfindung profitiert habend, wird der Fachmann leicht verstehen, dass der erzielte Gradienteneffekt zwischen benachbarten Streifen auf der Lichtaustrittsfläche 322 umso besser ist, je mehr Linien wir für die reflektierende, gekrümmte Seitenfläche 324 verwenden. Daher wird bei Berechnungen die Anzahl der Linien vorzugsweise so groß wie möglich gewählt. Allerdings führt eine große Anzahl von Zeilen zwangsläufig zu einem enormen Berechnungsaufwand, sodass zwischen den beiden ein Kompromiss geschlossen werden soll. Der gleiche Effekt kann auch durch Reduzierung des horizontalen Abstands d zwischen benachbarten Linien erreicht werden. In diesem Fall kann unter weiterer Berücksichtigung des Berechnungsumfangs ein als kubische Spline-Interpolation bezeichneter Ansatz verwendet werden, bei dem durch Interpolation weitere Teillinien zwischen den Positionen Q1' und Q2', Q2' und Q3', Q3' und Q4', Q4' und Q5', Q5' und Q6' sowie Q6' und Q7' ausgebildet werden können. Dies trägt dazu bei, die reflektierte Lichtintensitätsverteilung beispielsweise entlang der vertikalen Richtung an der Lichtaustrittsfläche 322 mit einem gleichmäßigeren Gradienteneffekt zu versehen, was zu einem verbesserten Komfortniveau für Benutzer führt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird dann die Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts auf der Lichtaustrittsfläche 222 aus dem Lichtleiter 22 in Richtung der Sekundäroptik, d. h., hier der Projektionslinse 23, gebrochen. Die primär reflektierte Lichtintensitätsverteilung auf der Lichtaustrittsfläche 222 wird somit einfach durch Projektion in eine entsprechende Verteilung, beispielsweise auch entlang der vertikalen Richtung, im Bildraum der Projektionslinse 23 verändert. Wie auch in 2 zu sehen ist, wird der Lichtmusterstreifen H1-H2 auf der Lichtaustrittsfläche 222 des Lichtleiters 22 in den Abschnitt θ1-θ2 im Bildraum projiziert, der Streifen des Lichtmusterstreifens H2-H3 wird in den Abschnitt θ2-θ3 projiziert, und der Streifen des Lichtmusterstreifens H3-H4 wird in den Abschnitt θ3-θ4 projiziert, wodurch das endgültige projizierte Strahlmuster mit einer ersten gewünschten Gradientenlichtintensitätsverteilung zum Beispiel entlang der gewünschten vertikalen Richtung gebildet wird.
Nachfolgend wird auf die 4-6 Bezug genommen, um detaillierter zu erläutern, wie die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters gestaltet ist, wobei 4 schematisch eine Draufsicht auf eine optische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; 5 schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche veranschaulicht, wie sie für die Anordnung von Lichtleitern in der optischen Vorrichtung von 4 ausgebildet ist, wobei die Sekundäroptik, hier eine Projektionslinse, ebenfalls als Referenz enthalten ist; 6a schematisch in einer Teilschnittansicht die in 4 gezeigte optische Vorrichtung veranschaulicht; und 6b schematisch in einer Teilschnittansicht eine weitere optische Vorrichtung zum Vergleich mit 6a veranschaulicht.
Als ein Beispiel ist unter Bezugnahme auf die in 4 gezeigte optische Vorrichtung 40 eine Vielzahl von Lichtleitern 42 in einer Anordnung senkrecht zur optischen Achse x der Projektionslinse 43 angeordnet, und alle von ihnen weisen mit ihren optischen Achsen in Richtung des optischen Zentrums O der Projektionslinse 43. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass von den Lichtquellen 11 emittiertes und aus den Lichtleitern 42, insbesondere von den außerhalb der Achse liegenden einzelnen der Lichtleiter 42, austretendes Licht maximal auf die Projektionslinse 43 einfällt. Schließlich wird eine Erhöhung der Lichtausnutzung bzw. des Wirkungsgrades erleichtert. Ausgehend von der in 4 gezeigten optischen Vorrichtung 40 bilden die Lichtaustrittsflächen der Lichtleiter 42 zusammen eine einzelne durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 4220 für die gesamte Anordnung von Lichtleitern 42. Einzelheiten werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 4220 bereitgestellt, und es wird sowohl auf 5 als auch auf 6 Bezug genommen. Hierin ist anzumerken, dass zur Übersichtlichkeit die Anordnung von Lichtleitern 42 in 4 mit Abständen zwischen benachbarten einzelnen gezeigt ist. Dies dient jedoch ausschließlich der Übersichtlichkeit der Darstellung und sollte niemals als Einschränkung der vorliegenden Erfindung erachtet werden. Darüber hinaus sind, wiederum der Übersichtlichkeit halber, in 4 optische Achsen nur für einige der Lichtleiter 42, nicht alle, dargestellt.
Es ist leicht zu verstehen, dass bei Anordnung weit entfernt von der optischen Achse der Projektionslinse im Objektraum ein Eingangsstrahlmuster aufgrund der Feldkrümmung eine größere Verzerrung erfährt, wenn es von der Projektionslinse hinaus in den Bildraum projiziert wird. Unter Bezugnahme auf 5 haben die Erfinder vorgeschlagen, um eine solche Verzerrung zu überwinden, die einzige durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 5220 für die gesamte Anordnung von Lichtleitern mit einer ersten Konvexität zum Beispiel in der horizontalen Ebene zu versehen, wobei die erste Konvexität speziell so ausgelegt ist, dass sie von der Projektionslinse 53 weg konvex ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die außerhalb der Achse liegenden Lichtleiter im Vergleich zu auf der Achse liegenden Lichtleitern näher an der Projektionslinse 53 entlang der optischen Achse x der Projektionslinse 53 positioniert sind. Dies trägt dazu bei, die Auswirkung von Feldkrümmung durch die Projektionslinse 53 zu vermeiden oder zumindest abzuschwächen. Eine solche erste Konvexität, weg von der Projektionslinse 53, ist in der perspektivischen Ansicht von 5 deutlich sichtbar.
Abgesehen von der vorstehend erwähnten ersten Konvexität in der horizontalen Ebene ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch eine zweite Konvexität in der vertikalen Ebene enthalten. Insbesondere ist, wie auch in 5 gezeigt, bei einem Schnitt in der vertikalen Ebene für die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 5220 der Lichtleiter die zweite Konvexität deutlich konvex nach rechts, also zur Projektionslinse 53 hin. Dadurch erhält die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 5220 eine Sattelform für die Lichtleiteranordnung. Offensichtlich ist die zweite Konvexität in der vertikalen Ebene in einer entgegengesetzten Richtung zur ersten Konvexität in der horizontalen Ebene. Die spezielle Ausgestaltung für die zweite Konvexität in der vertikalen Ebene der durchgehenden gekrümmten Lichtaustrittsfläche 5220 wird zusammen mit der in 6a gezeigten Schnittansicht näher erläutert.
Wie vorstehend erwähnt, bietet uns der Schnitt in der vertikalen Ebene der kontinuierlichen gekrümmten Lichtaustrittsfläche 5220 in 5 eine zweite Konvexität, die in Richtung der Projektionslinse 53 konvex ist. Dies ist in der Schnittansicht von 6a sichtbar, wo die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 622a in Richtung der Projektionslinse 63a in der vertikalen Ebene offensichtlich konvex ist. Außerdem ist eine optische Vergleichsvorrichtung auch in der Schnittansicht von 6b enthalten, wobei für die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 622b in der vertikalen Ebene überhaupt keine Krümmung vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass in der Vergleichsoptik die durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche 622b für die Lichtleiteranordnung 62b im Vertikalschnitt eine Gerade aufweist. Offensichtlich wird durch Vergleiche zwischen den zwei optischen Vorrichtungen, die jeweils in 6a und 6b gezeigt sind, Licht, das aus den Lichtleitern 62a in der optischen Vorrichtung aus 6a austritt (d. h., eine Konvexität im vertikalen Abschnitt aufweist), in einem größeren Ausmaß auf die sekundäre Optik 63a reflektiert als das Licht, das aus den Lichtleitern 62b in der optischen Vorrichtung von 6b austritt (wobei in dem vertikalen Abschnitt überhaupt keine Krümmung eingearbeitet ist). Der Grund dafür ist, dass der Lichtanteil, der aus der Anordnung von Lichtleitern 62b in der Nähe ihres Randes, insbesondere in einer Richtung weg von der optischen Achse der Projektionslinse 63b, austritt, verlorengeht, da keine Konvexität in Richtung der Projektionslinse 63b für die kontinuierliche Lichtaustrittsfläche 622b eingeführt wird (siehe 6b), sondern aufgrund der konvexen Lichtaustrittsfläche 622a in Richtung der Projektionslinse 63a in der Konfiguration von 6a gebrochen wird. Letztendlich wird mithilfe einer solchen Konvexität, beispielsweise in der Vertikalebene, ein höherer Anteil der Lichtausnutzung erleichtert.
In den folgenden Abschnitten wird auf eine Form der Lichtaustrittsfläche jedes Lichtleiters sowie auf einen Abstand zwischen benachbarten Lichtleitern, genauer gesagt, zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen, eingegangen. Auch hier sind als Beispiel Lichtleiter in einer Anordnung senkrecht zur optischen Achse der Sekundäroptik, hier wiederum einer Projektionslinse, angeordnet, genau wie die vorstehend in den 4-6 angeführten Ausführungsformen. Wie in 7 gezeigt, sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Lichtaustrittsflächen jedes Lichtleiters in einer optischen Vorrichtung schematisch in einer Vorderansicht veranschaulicht, zum Beispiel einer Ansicht, die erhalten wird, wenn man von der Sekundäroptik 13 in 1 auf die Anordnung von Primäroptik 12 blickt. Entsprechend ist in 8 ein Lichtmuster, wie es von der Projektionslinse beispielsweise in einer vertikalen Ebene projiziert wird, schematisch gezeigt, nachdem Licht aus den in 7 gezeigten Lichtaustrittsflächen austritt.
Wenn durch den Aberrationseffekt eingeschränkt, erfährt ein Streifenstrahlmuster, wie es sich entlang einer vertikalen Richtung erstreckt, nach der Projektion durch die Projektionslinse im Vergleich zu einer Position auf der Achse eine größere Aberration, wenn es von der optischen Achse der Projektionslinse weiter entfernt versetzt wird. Dies bedeutet, dass das Ausgangsstrahlmuster im Bildraum der Projektionslinse beispielsweise entlang der vertikalen Richtung verzerrt wird, was eine gewisse Krümmung der Seiten des Ausgangsstrahlmusters verursach und zu einem unerwünschten Strahlmuster führt. Angesichts des Vorstehenden, wie in 7 gezeigt, haben die Erfinder vorgeschlagen, die Lichtaustrittsfläche 722, insbesondere eine Innenkante 722S eines äußeren Lichtleiters (d. h., an einer Position weit entfernt von der optischen Achse der Projektionslinse) mit einer bewussten Neigung zu versehen, insbesondere in einer entgegengesetzten Richtung im Vergleich zu dem Ausgangsstrahlmuster, um die ungünstige Krümmung oder Konvexität, die durch Aberration der Projektionslinse induziert wird, zu kompensieren. Die spezielle Neigungsgestaltung in der Kante 722S der Lichtaustrittsfläche 722 eines äußeren Lichtleiters und die jeweilige Ausgabe von Strahlmustern sind jeweils in 7 und 8 gezeigt, wobei Grenzen zwischen benachbarten Bildern, die von benachbarten Lichtaustrittsflächen 722 kommen, deutlich mehr geradlinig sind. Dies ist vorteilhaft für einen allmählichen Wechsel zwischen benachbarten Bildern, die von benachbarten Lichtaustrittsflächen benachbarter Lichtleiter kommen, und einer ersten gewünschten Gradientenlichtintensitätsverteilung, die im gesamten projizierten Strahlmuster erhalten wird. Ferner kann optional unter fortgesetzter Bezugnahme auf 7 für zumindest den äußersten Lichtleiter dessen Lichtaustrittsfläche auch an oberen und unteren Kanten 722S' geneigt sein, sodass das Bild, wie es dadurch projiziert wird, in einer gewünschten Form vorliegt. Es sei angemerkt, dass in den 7 und 8 nur eine Reihe von Lichtleitern zusammen mit ihrem Ausgabelichtmuster gezeigt ist, was jedoch niemals als Einschränkung der vorliegenden Erfindung angesehen werden darf. Von den Lehren der vorliegenden Erfindung profitiert habend, wird ein Fachmann leicht feststellen, dass auch eine zweite Reihe von Lichtleitern verwendet werden kann, die spiegelsymmetrisch um die horizontale Ebene zu der Reihe angeordnet sein kann, wie in 7 gezeigt, und dementsprechend kann auch ein zweites Lichtmuster erhalten werden, das um die horizontale Ebene spiegelsymmetrisch zu dem Lichtmuster ist, wie in 8 gezeigt. Selbstverständlich können auch beliebige andere Reihen von Lichtleitern aufgrund unterschiedlicher Anwendungen und/oder Anforderungen hinzugefügt werden.
Gemäß einigen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist in der vorstehend erwähnten optischen Vorrichtung ein Abstand d' zwischen benachbarten Lichtleitern, oder genauer, zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen 722 in Abhängigkeit von einer Position der Lichtleiter oder Lichtaustrittsflächen 722 relativ zur optischen Achse der Projektionslinse ausgestaltet. Beispielsweise wird der Abstand d' vorzugsweise so gewählt, dass er sich mit einem Abstand von den Lichtleitern oder Lichtaustrittsflächen 722 zur optischen Achse der Projektionslinse vergrößert. Dies ergibt sich wiederum aus Überlegungen zur optischen Aberration, da, wie vorstehend erwähnt, die eingangsseitigen Strahlmuster außerhalb der Achse aufgrund der optischen Aberration im Vergleich zu den eingangsseitigen Strahlmustern auf der Achse mehr Verzerrungen erfahren, beispielsweise mehr Krümmungen oder Dehnungen. Daher können durch die Verwendung eines größeren Abstandes zwischen benachbarten Lichtleitern oder Lichtaustrittsflächen 722 für einen vergrößerten Abstand von den Lichtleitern oder Lichtaustrittsflächen 722 zur optischen Achse der Projektionslinse durch die optische Aberration verursachte Beeinträchtigungen vermieden oder zumindest abgebaut werden, und es wird zwischen Projektionen, die von benachbarten Lichtleitern oder Lichtaustrittsflächen 722 kommen, auch eine homogenere Lichtintensitätsverteilung erhalten. Als ein Beispiel kann der Abstand zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen 722 in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,2 mm liegen, was eindeutig nur zur Veranschaulichung, aber nicht zur Einschränkung vorgesehen ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen der optischen Vorrichtung, die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird, ist die endgültige Lichtintensitätsverteilung, die durch die Sekundäroptik projiziert wird, beispielsweise auf einen Winkel von unter 5 Grad über dem Horizont vor einem Fahrzeug und weiter bevorzugt auf einen Winkel von über 3 Grad unter dem Horizont vor dem Fahrzeug begrenzt. Auf diese Weise wird die optische Vorrichtung zur Bereitstellung eines Fernlichts des Fahrzeugs geeignet.
Zusammenfassend schlägt die vorliegende Erfindung eine optische Vorrichtung vor, umfassend: Lichtquellen, Primäroptiken und Sekundäroptik, wobei als die Primäroptiken Lichtleiter verwendet werden, die mit mindestens einer gekrümmten Seitenfläche versehen sind, wobei die Krümmungen an verschiedenen Positionen derart ausgestaltet sind, dass eine erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung entlang einer gewünschten Richtung, beispielsweise entlang einer vertikalen Richtung, durch die Sekundäroptik nach außen projiziert wird.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung veranschaulichen und nicht einschränken, und dass der Fachmann in der Lage sein wird, viele alternative Ausführungsformen zu konzipieren, ohne vom Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einigen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, sie auf die hier dargelegten konkreten Formen zu beschränken. Der Umfang der Erfindung wird nur durch die beiliegenden Ansprüche begrenzt. Obwohl es den Anschein haben kann, dass ein Merkmal in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen zu beschreiben ist, würde der Fachmann außerdem erkennen, dass verschiedene Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen erfindungsgemäß kombiniert werden können.
Ferner können zwar einzelne Merkmale in verschiedenen Ansprüchen enthalten sein, doch diese können möglicherweise vorteilhaft kombiniert werden, und die Einbeziehung in verschiedenen Ansprüchen bedeutet nicht, dass eine Kombination von Merkmalen nicht durchführbar und/oder vorteilhaft ist. Auch bedeutet die Aufnahme eines Merkmals in eine Anspruchskategorie keine Beschränkung auf diese Kategorie, sondern weist vielmehr darauf hin, dass das Merkmal gegebenenfalls auf andere Anspruchskategorien gleichermaßen anwendbar ist.
In den Patentansprüchen sind alle zwischen Klammern gesetzten Bezugszeichen nicht so auszulegen, als würden sie die Patentansprüche einschränken. Die Verwendung des Verbs „umfassen“ und seiner konjugierten Formen schließt das Vorhandensein von Elementen oder Schritten, die nicht in einem Patentanspruch angegeben sind, nicht aus. Der einem Element vorangehende Artikel „ein/e/r/s“ schließt das Vorhandensein einer Vielzahl solcher Elemente nicht aus. Auch Bezugnahmen auf erste, zweite usw. sind lediglich als Kennzeichnungen zu betrachten und implizieren oder beschreiben keine Reihenfolge, Sequenz, Beziehung oder Eigenschaften der Merkmale, denen diese Begriffe vorangestellt sind. Allein die Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, gibt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft angewendet werden kann.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30, 40: optische Vorrichtung
11: Lichtquelle
12: Primäroptiken
13: Sekundäroptik
x: optische Achse der Sekundäroptik
22, 32, 42, 62a, 62b: Lichtleiter
23, 43, 53, 63a, 63b: Projektionslinse
221,321: Lichteintrittsfläche
222, 322, 622a, 622b, 722: Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters
223, 323: obere Seitenfläche
224, 324: untere Seitenfläche
3240: Facette
4220, 5220: durchgehende gekrümmte Lichtaustrittsfläche der Anordnung von Lichtleitern
722S, 722S': Kanten der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters
d: Abstand zwischen Leitungsenden
d': Abstand zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen vonLichtleitern
H1, H2, H3, H4, H1', H2', H3', H4', H5': Stellen an der Lichtaustrittsfläche
O: optische Mitte der Sekundäroptik
Q1, Q2, Q3, Q4: Stellen auf gekrümmter Seitenfläche
Q1', Q2', Q3', Q4', Q5', Q6', Q7': Endpunkte von Linien
θ1, θ2, θ3 und θ4: Richtungen hin zu Sekundäroptik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009053581 B3 [0003]
WO 2017015684 A1 [0003]

Claims

Optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) für Kraftfahrzeugbeleuchtung, umfassend: eine Vielzahl von Lichtquellen (11); eine Vielzahl von Primäroptiken (12), in einer Matrix angeordnet und dazu ausgelegt, Licht von der Vielzahl von Lichtquellen (11) zu empfangen und umzuleiten; und eine Sekundäroptik (13), dazu ausgelegt, das umgeleitete Licht von der Vielzahl von Primäroptiken (12) zu empfangen und das empfangene Licht nach außen in ein gewünschtes Strahlmuster zu projizieren, wobei jede Primäroptik (12) als ein Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) mit einer Lichteintrittsfläche (221, 321) und einer Lichtaustrittsfläche (222, 322, 622a, 622b, 722) an zwei gegenüberliegenden Enden davon geformt ist, wobei der Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) dazu ausgelegt ist, an der Lichteintrittsfläche (221, 321) einfallendes Licht durch totale interne Reflexion in einer Lichtleitrichtung des Lichtleiters (22, 32, 42, 62a, 62b) zu der Lichtaustrittsfläche (222, 322, 622a, 622b, 722) zu leiten, wo Licht zu der Sekundäroptik (13) hin gebrochen wird, und wobei jeder Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) ferner eine Vielzahl von Seitenflächen (223, 323, 224, 324) umfasst, die sich zwischen der Lichteintrittsfläche (221, 321) und der Lichtaustrittsfläche (222, 322, 622a, 622b, 722) erstrecken, wobei für mindestens einen Lichtleiter (22, 32, 42, 62a, 62b) mindestens eine Seitenfläche eine gekrümmte Fläche (224, 324) aufweist, deren Krümmungen an unterschiedlichen Positionen so ausgestaltet sind, dass eine erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung durch die Sekundäroptik entlang einer gewünschten Richtung nach außen projiziert wird, und wobei die gekrümmte Fläche (324) eine Vielzahl von Facetten (3240) umfasst, von denen jede durch Überstreichen einer jeweiligen Linie entlang einer Richtung senkrecht zu der gewünschten Richtung und senkrecht zu der Lichtleitrichtung des mindestens einen Lichtleiters (32) ausgebildet wird, wobei die jeweiligen Linien der Facetten (3240) der Vielzahl von Facetten (3240) eine Polygonlinie ausbilden, wobei jede Linie ihre beiden Enden um einen gleichen Abstand (d) entlang einer optischen Achse (x) des mindestens einen Lichtleiters (32) beabstandet aufweist, und wobei jede Linie mit einer unterschiedlichen Neigung versehen ist, sodass Lichtintensitäten, die durch die Vielzahl von Facetten (3240) auf die Lichtaustrittsfläche (322) des mindestens einen Lichtleiters (32) projiziert sind, eine zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung entlang der gewünschten Richtung aufweisen.
Optische Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die zweite gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung durch die Sekundäroptik (23) als die erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung projiziert wird.
Optische Vorrichtung (40) nach Anspruch 1, wobei optische Achsen der Lichtleiter (42) auf ein optisches Zentrum (O) der Sekundäroptik (43) ausgerichtet sind.
Optische Vorrichtung (40) nach Anspruch 3, wobei die Lichtaustrittsflächen der Lichtleiter (42) eine durchgehende gekrümmte Fläche (4220) ausbilden für mindestens eines aus: Erleichtern des Eindringens von durch die Lichtleiter (42) ausgebrochenem Licht in die Sekundäroptik (43), und Kompensieren von Feldkrümmung der Sekundäroptik (43).
Optische Vorrichtung (40) nach Anspruch 4, wobei die durchgehende gekrümmte Fläche (5220) eine Sattelfläche in einer Weise aufweist, dass sie konvex von der Sekundäroptik (53) weg in einer ersten Ebene senkrecht zu der gewünschten Richtung und konvex in Richtung der Sekundäroptik (53) in einer zweiten Ebene parallel zu der gewünschten Richtung ist, wobei der Grad der Konvexität in der ersten Ebene schwächer als jener in der zweiten Ebene ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei für mindestens einen Lichtleiter eine Form der Lichtaustrittsfläche (722) in Abhängigkeit von einer Position der Lichtaustrittsfläche (722) relativ zu einer optischen Achse der Sekundäroptik ausgebildet ist, um optische Verzerrung der Sekundäroptik zu kompensieren und, wie von der Sekundäroptik nach außen projiziert, mindestens eines aus: a) einer geraden Kante in Richtung der Projektion eines benachbarten Lichtleiters und b) einer geraden oder gekrümmten Kante, die einen Teil einer Begrenzung des gewünschten Strahlmusters ausbildet, bereitzustellen.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine Lichtleiter mit der gestalteten Form der Lichtaustrittsfläche (722) an einer äußeren Position von der optischen Achse der Sekundäroptik angeordnet ist und seine Lichtaustrittsfläche (722) mindestens eine Seitenkante (722S) umfasst, die zur optischen Achse der Sekundäroptik hin geneigt ist, wobei die geneigte Schräge proportional zu einem Abstand zwischen der Lichtaustrittsfläche (722) und der optischen Achse der Sekundäroptik ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Abstand (d') zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen (722) von mindestens zwei Lichtleitern in Abhängigkeit von einer Position der Lichtaustrittsflächen (722) relativ zu einer optischen Achse der Sekundäroptik ausgestaltet ist, um eine optische Aberration der Sekundäroptik zu kompensieren und, wenn von der Sekundäroptik nach außen projiziert, eine homogene Lichtintensitätsverteilung zwischen den Projektionen der benachbarten Lichtaustrittsflächen (722) bereitzustellen.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Abstand (d') zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen (722) mit einem Abstand der Lichtaustrittsflächen (722) zur optischen Achse der Sekundäroptik zunimmt.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Abstand (d') zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen (722) in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,2 mm liegt.
Optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Richtung eine vertikale Richtung umfasst, die gekrümmte Fläche (224, 324) mindestens eine aus einer oberen Seitenfläche (223, 323) und einer unteren Seitenfläche (224, 324) des Lichtleiters (22, 32) umfasst, und die optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) zum Bereitstellen eines Scheinwerferstrahls eines Fahrzeugs ausgelegt ist.
Optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 11, wobei die erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung auf einen Winkel von unter 5 Grad über dem Horizont vor dem Fahrzeug begrenzt ist.
Optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 12, wobei die erste gewünschte Gradientenlichtintensitätsverteilung ferner auf einen Winkel von über 3 Grad unter dem Horizont vor dem Fahrzeug begrenzt ist.
Optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 13, wobei die optische Vorrichtung (10, 20, 30, 40) ferner zum Bereitstellen eines Fernlichts des Fahrzeugs ausgelegt ist.